RU2012980C1

RU2012980C1 - Electromagnetic reduction gear

Info

Publication number: RU2012980C1
Authority: RU
Inventors: А.С. Курбасов; Б.А. Курбасов
Original assignee: Курбасов Александр Севостьянович
Priority date: 1991-02-13
Filing date: 1991-02-13
Publication date: 1994-05-15

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: electromagnetic reduction gear includes two face-type stators 4, 5 with windings and face-type rotors 3, 6 mounted close to stators. Windings of stators are interconnected via rectifier 9 and inverter 10. Rotor windings are manufactured single-phase, squirrel-cage or with permanent magnets. EFFECT: enhanced operational characteristics. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для изменения и регулирования частоты вращения выходного вала редуктора по отношению к частоте вращения его входного вала. Устройство может быть использовано в приводе механизмов, требующих изменения и регулирования частоты вращения; его включают между первичным двигателем и приводным механизмом. В частности, оно может быть использовано в автотранспорте. The invention relates to devices for changing and controlling the speed of the output shaft of the gearbox with respect to the speed of its input shaft. The device can be used in drive mechanisms requiring changes and speed control; it is included between the prime mover and the drive mechanism. In particular, it can be used in vehicles.

Известно устройство выполняющее задачу изменения и регулирования частоты вращения и момента на выходном валу - механический редуктор, в котором регулирование осуществляется за счет изменения передаточного числа редуктора при включении в зацепление шестерен с различным числом зубцов [1] . Это устройство недостаточно надежно из-за большого числа трущихся элементов и подшипников. A known device that performs the task of changing and controlling the speed and torque on the output shaft is a mechanical gearbox, in which the regulation is carried out by changing the gear ratio of the gearbox when gears with a different number of teeth are engaged [1]. This device is not reliable enough due to the large number of rubbing elements and bearings.

Известна также электромагнитная муфта, в которой обеспечивает плавное изменение момента на выходном валу за счет электромагнитного взаимодействия вращающихся и неподвижных частей муфты, снабженных обмотками и магнитопроводами [2] . An electromagnetic clutch is also known, in which it provides a smooth change in torque on the output shaft due to the electromagnetic interaction of the rotating and stationary parts of the coupling, equipped with windings and magnetic circuits [2].

Наиболее существенным недостатком электромагнитной муфты является отсутствие возможности регулирования частоты вращения выходного вала в широких пределах. The most significant drawback of the electromagnetic clutch is the inability to control the output shaft speed over a wide range.

В качестве прототипа может быть принять электромагнитный редуктор, содержащий статор с двумя многофазными обмотками, первичный ротор с системой возбуждения, вторичный ротор с обмоткой, выпрямитель и инвертор, причем вход выпрямителя и выход инвертора подключены соответственно к двумя обмоткам статора, выход выпрямителя и вход инвертора соединены между собой [3] . As a prototype, you can take an electromagnetic gearbox containing a stator with two multiphase windings, a primary rotor with an excitation system, a secondary rotor with a winding, a rectifier and an inverter, the input of the rectifier and the output of the inverter connected respectively to the two stator windings, the output of the rectifier and the input of the inverter are connected among themselves [3].

Недостаток прототипа связан с его сложностью и соответственно с низкой надежностью при использовании в силовых передачах. The disadvantage of the prototype is associated with its complexity and, accordingly, low reliability when used in power transmissions.

Цель изобретения - упрощение электромагнитного редуктора. The purpose of the invention is the simplification of the electromagnetic gear.

Эта цель достигается за счет того, что статор и роторы выполнены торцевыми, обмотки статора размещены на двух его торцах, напротив которых установлены роторы. This goal is achieved due to the fact that the stator and rotors are made end-face, the stator windings are located at its two ends, opposite which rotors are installed.

Дополнительно обмотка вторичного ротора выполнена короткозамкнутой. Additionally, the secondary rotor winding is made short-circuited.

Дополнительно система возбуждения первичного ротора выполнена на постоянных магнитах. Additionally, the primary rotor excitation system is made with permanent magnets.

Дополнительно электромагнитный редуктор снабжен вентилятором, установленным на первичном роторе. Additionally, the electromagnetic gearbox is equipped with a fan mounted on the primary rotor.

Существенные отличительные признаки изобретения состоят в следующем:
- торцевое исполнение статора и ротора, размещение статорной обмотки на торцах, против которых установлены роторы;
- выполнение обмотки вторичного ротора короткозамкнутой;
- выполнение системы возбуждения первичного ротора на постоянных магнитах;
- установка вентилятора на первичном роторе.The salient features of the invention are as follows:
- end performance of the stator and rotor, placement of the stator winding at the ends against which the rotors are installed;
- implementation of the winding of the secondary rotor squirrel-cage;
- implementation of the excitation system of the primary rotor with permanent magnets;
- installation of a fan on the primary rotor.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема электромагнитного редуктора; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема включения обмоток и элементов преобразователя электромагнитного редуктора. In FIG. 1 shows a structural diagram of an electromagnetic gear; in FIG. 2 is a circuit diagram of the inclusion of windings and converter elements of an electromagnetic gearbox.

Электромагнитный редуктор содержит следующие узлы. The electromagnetic gearbox contains the following components.

На входном валу 1 закреплен ротор 3, на котором располагаются магнитопровод и обмотка возбуждения; на выходном валу 2 закреплен ротор 6, имеющий магнитопровод и короткозамкнутую обмотку. Между роторами 3 и 6 расположены статоры 4 и 5 со своими магнитопроводами и многофазными (например, трехфазными) обмотками. Статоры 4 и 5 закреплены в корпусе 7 с подшипниками щитами 8. Каждый из валов 1 и 2 вращается в двух подшипниках. A rotor 3 is fixed on the input shaft 1, on which the magnetic circuit and the field winding are located; on the output shaft 2 is fixed a rotor 6 having a magnetic circuit and a short-circuited winding. Between rotors 3 and 6, stators 4 and 5 are located with their own magnetic circuits and multiphase (for example, three-phase) windings. The stators 4 and 5 are fixed in the housing 7 with bearings shields 8. Each of the shafts 1 and 2 rotates in two bearings.

Обмотка статора 4 соединена с обмоткой статора 5 посредством полупроводникового преобразователя с выпрямителем 9 и зависимым инвертором 10. The stator winding 4 is connected to the stator winding 5 by means of a semiconductor converter with a rectifier 9 and a dependent inverter 10.

Электромагнитный редуктор работает следующим образом. An electromagnetic gearbox operates as follows.

Входной вал 1 вращается с частотой n₁, обмотка возбуждения 3 создает магнитный поток, замыкающийся по зубцовым зонам, где расположены обмотки ротора 3 и статора 4, и стенкам их магнитопроводов. Напряжение от статорной обмотки 4 подают на вход выпрямителя 9; с выхода выпрямителя 9 выпрямленное напряжение подается на инвертор 10, на выходе которого формируется многофазное напряжение, частоту которого f₂ регулируют по заданному закону от нуля до максимума. Магнитное поле статора 5 увлекает за собой ротор 6, который выполнен с короткозамкнутой обмоткой. Частота вращения n₂ ротора 6 будет соответствовать частоте питающего напряжения f₂ согласно связи f₂ = f₂=

(где Р - число пар полюсов статора 6), незначительно отличаясь от частоты вращения поля за счет некоторого скольжения ротора 6 относительно поля статора 5. Для регулирования частоты вращения выходного вала 2 в пределах от нуля до максимума требуется регулирование электромагнитного редуктора по двум каналам: по частоте f₂ напряжения, подаваемого на статор 5, и по току I₁, подаваемому в обмотку возбуждения ротора 3. Регулирование тока I₂ необходимо в связи с тем, что для создания повышенного момента на валу 2 при малой частоте f₂ нужно иметь и малое напряжение на статоре 5. Если вместо обмотки возбуждения на роторе 3 будут использованы постоянные магниты, то напряжение, подаваемое на статор 5, можно регулировать за счет либо выпрямителя 9, либо инвертора 10.The input shaft 1 rotates with a frequency of n ₁ , the field winding 3 creates a magnetic flux that closes along the tooth zones where the windings of the rotor 3 and stator 4 are located, and the walls of their magnetic circuits. The voltage from the stator winding 4 is fed to the input of the rectifier 9; from the output of the rectifier 9, the rectified voltage is supplied to the inverter 10, at the output of which a multiphase voltage is formed, the frequency of which f _{2 is} regulated according to a given law from zero to maximum. The magnetic field of the stator 5 carries with it a rotor 6, which is made with a short-circuited winding. The rotational speed n _{2 of the} rotor 6 will correspond to the frequency of the supply voltage f ₂ according to the relationship f ₂ = f ₂ =

(where P is the number of pairs of poles of stator 6), slightly differing from the frequency of rotation of the field due to some sliding of the rotor 6 relative to the field of stator 5. To regulate the frequency of rotation of the output shaft 2 from zero to maximum, it is necessary to regulate the electromagnetic gearbox through two channels: the frequency f _{2 of the} voltage supplied to the stator 5, and the current I ₁ supplied to the excitation winding of the rotor 3. Regulation of the current I _{2 is} necessary due to the fact that to create an increased moment on the shaft 2 at a low frequency f ₂ you must have a small the voltage at the stator 5. If permanent magnets are used instead of the field winding on the rotor 3, the voltage supplied to the stator 5 can be controlled by either a rectifier 9 or an inverter 10.

Изменение направления вращения вала 2 (задний ход) обеспечивается изменением алгоритма управления инвертором 10. Changing the direction of rotation of the shaft 2 (reverse) is provided by changing the control algorithm of the inverter 10.

Для удобства управления режимами электромагнитного редуктора целесообразно использовать микропроцессорное устройство, которое может обеспечить автоматическое регулирование по заданному закону. For the convenience of controlling the modes of the electromagnetic gear, it is advisable to use a microprocessor device that can provide automatic control according to a given law.

Электромагнитный редуктор обеспечивает получение следующего положительного эффекта:
1. Плавное изменение частоты вращения выходного вала редуктора по отношению к частоте вращения входного вала.An electromagnetic gearbox provides the following positive effect:
1. A smooth change in the speed of the output shaft of the gearbox relative to the frequency of rotation of the input shaft.

2. Повышение надежности за счет исключения зубчатых зацеплений. 2. Improving reliability by eliminating gears.

3. Упрощение конструкции и повышение технологичности изготовления за счет дисковой конфигурации статорных и роторных элементов. 3. Simplification of the design and increase of manufacturability due to the disk configuration of the stator and rotor elements.

Для разборки редуктора подшипниковые щиты 8 вынимаются из корпуса 7 вместе с роторными дисками 3 и 6. На корпусе 7 остаются статорные диски 4 и 5. To disassemble the gearbox, the bearing shields 8 are removed from the housing 7 together with the rotor disks 3 and 6. On the housing 7, the stator disks 4 and 5 remain.

Современные автомобили насыщаются электроникой и будут впредь насыщаться ею. Данное изобретение наиболее полно отвечает этой перспективе. Modern cars are saturated with electronics and will continue to be saturated with it. The present invention most fully meets this perspective.

Claims

1. ELECTROMAGNETIC REDUCER, comprising a stator with two multiphase windings, a primary rotor with an excitation system, a secondary rotor with a winding, a rectifier and an inverter, the input of the rectifier and the output of the inverter connected respectively to the two stator windings, the output of the rectifier and the input of the inverter are interconnected, different the fact that, in order to simplify, the stator and rotors are made end-face, the stator windings are placed at its two ends, opposite which rotors are installed.

2. The gearbox according to claim 1, characterized in that the secondary rotor winding is made short-circuited.

3. The gearbox according to claims. 1 and 2, characterized in that the excitation system of the primary rotor is made of permanent magnets.

4. The gearbox according to claims. 1 to 3, characterized in that it is equipped with a fan mounted on the primary rotor.